(57)【要約】      （修正有）【課題】固定翼航空機は高い水平飛行能力を持つが、滑走路を必要とし運用に制限がある。ヘリコプタは、運用自由度は高いが、巡航性能が固定翼航空機に劣る。両者の利点の両立を簡便な機構で達成する。【解決手段】取り付け角を左右独立して変更可能に設けた一対の主翼２と、主翼推進器３と、胴体推進器４を制御することで簡便な機構により水平飛行能力と、垂直離発着能力を両立する。【選択図】図１
2010254264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置、動力用エネルギー源、観測機器、を内蔵する機体本体と
前記機体本体に対して取り付け角度を左右独立して変更可能に設けた一対の主翼と、
前記主翼を左右独立して変更するための主翼取り付け角変更装置と、
前記主翼左右それぞれに固定され推力を発生する２基の主翼推進器と、
前記機体本体の航空機重心点から離れた位置に設けられ
上下方向に推力を発生する胴体推進器と、
を備えることを特徴とした航空機。
【請求項２】
前記航空機は、該航空機の機速を計測するための機速センサと、
該航空機の姿勢を計測するための姿勢センサと、
該航空機の位置を計測する位置センサと、を備え、
前記機速センサと、前記姿勢センサと、前記位置センサ信号と、
から送られてくる信号を受けとり、
前記主翼取り付け角変更装置と、前記主翼推進器と、前記胴体推進器と、
を制御する自律的飛行制御装置を有する航空機。
【請求項３】
前記航空機は、請求項１と、請求項２と、に記載の装置を使用し、
垂直離陸、水平飛行、垂直着陸、ホバリングを行うことを特徴とする航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、主翼取り付け角変更装置と、胴体推進器と、
を備えた垂直離着陸航空機に関する。
飛行原理において、有人、無人は影響しないが、該航空機の優位性をもっとも効果的に発揮できる無人航空機に関する。
【背景技術】
【０００２】空中からの偵察、観測、科学調査、資源探査、農薬散布、通信中継のため各種無人航空機が開発されている。【０００３】固定翼型の無人航空機は在来の有人固定翼機と同じく機体固有の前進速度以下では飛行を継続できない。そのため、離陸、着陸は前進速度のある状態で行われ、滑走路などの十分なスペースを要するのが一般的である。無人航空機の特徴のひとつである、柔軟で手軽な運用が妨げられる。【０００４】一方、ヘリコプタ型の無人航空機は、垂直離着陸が可能となり離着陸に関する運用の柔軟性は確保されるが、飛行速度、航続時間が固定翼型の無人航空機に比べ劣る。【０００５】固定翼機の主翼による効率の良い水平飛行と垂直離着陸による運用の柔軟性を兼ね備える、垂直離着陸航空機として、
テイルシッター（Ｔａｉｌ−ｓｉｔｔｉｎｇ）型は機体ごと推進器を垂直方向にし、
ティルト翼（Ｔｉｌｔ−Ｗｉｎｇ）型は主翼と主翼に固定された推進器を垂直方向に回転させ、
ティルトローター（Ｔｉｌｔ−Ｒｏｔｏｒ）型は推進器のみを垂直方向に回転させ、
推力偏向（Ｔｈｒｕｓｔ−Ｖｅｃｔｏｒｉｎｇ）型は推進器からの気流を下方へ偏向し、
リフトファン（Ｌｉｆｔ−Ｆａｎ）型は垂直方向に固定設置された推進器を使用して、
それぞれ垂直方向の推力を発生させ垂直離着陸を達成している。
それぞれの形式を代表する例として以下の特許文献がある。
【特許文献１】  特開  ２００１−２１３３９７号公報
【特許文献２】  特開  平９−００２３９５号公報
【特許文献３】  特開  ２００１−８０５９０号公報
【特許文献４】  特開  ２００７−１１８８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】前述の垂直離発着航空機は垂直離発着能力と水平飛行能力を両立するために、一般的な固定翼航空機より多くの動作機構を有する。
機構の複雑化と、飛行演算装置開発の困難化と、信頼性の低下と、機体製造コストの増大と、メンテナンスコストの増大と、を招く。
低コストと信頼性を求められる無人航空機にとって不利である。【０００７】前述の垂直離発着航空機のうちテイルシッター（Ｔａｉｌ−ｓｉｔｔｉｎｇ）型は、他の方式に比べ簡易で少ない動作機構数であるが、運用中に機体姿勢を９０度転換する必要があり、観測機器の搭載方向を最適化できない。
小型化のため搭載物の重量最適化が必要とされる無人航空機にとって不利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】請求項１から３に記載する以下のＴｉｌｔ翼機構による垂直離発着無人航空機により、課題を解決する。【０００９】制御装置、動力用エネルギー源、観測機器、を内蔵する機体本体と
前記機体本体に対して取り付け角度を左右独立して変更可能に設けた一対の主翼と、
前記主翼を左右独立して変更するための主翼取り付け角変更装置と、
前記主翼左右それぞれに固定され推力を発生する２基の主翼推進器と、
前記機体本体の航空機重心点から離れた位置に設けられ
上下方向に推力を発生する胴体推進器と、
を備えることを特徴とした航空機。【００１０】前記航空機は、該航空機の機速を計測するための機速センサと、
該航空機の姿勢を計測するための姿勢センサと、
該航空機の位置を計測する位置センサと、を備え、
前記機速センサと、前記姿勢センサと、前記位置センサ信号と、
から送られてくる信号を受けとり、
前記主翼取り付け角変更装置と、前記主翼推進器と、前記胴体推進器と、
を制御する自律的飛行制御装置を有する航空機。【００１１】前記航空機は、請求項１と、請求項２と、に記載の装置を使用し、
垂直離陸、水平飛行、垂直着陸、ホバリングを行うことを特徴とする航空機。
【発明の効果】
【００１２】本発明によれば該航空機の主翼取り付け角変更装置は、機体の姿勢制御機能と、垂直離発着から水平飛行への機体形態変更機能と、を兼ねるため、
２基の主翼推進器と、左右独立して動作する主翼取り付け角変更装置と、胴体推進器と、の５つの要素を操作することにより、
垂直離陸、水平飛行、垂直着陸、ホバリングを可能とする。
そのため、従来型の垂直離発着能力と水平飛行能力を持ち合わせる航空機に比べ構造が簡便で、信頼性が高く有利である。【００１３】本発明によれば該航空機は、すべてのヘリコプタ型と、一部ティルトローター型と、に搭載される、複雑なサイクリックピッチ機構を不要とし、
部品数と、メンテナンスコストと、を削減することが可能であり有利である。【００１４】本発明によれば該航空機は、垂直離発着時、水平飛行時、を含むすべての飛行行程において、機体姿勢を水平に保つことができる。
搭載する観測機器を最適な方向に設置できるため有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は車両を用いず運搬可能な小型無人機として設計された該航空機の構成を説明するための概要図である。航空機１の仕様は以下である。
航空機１の総重量は１０キログラム。
航空機１の水平飛行時巡航速度は２５メートル毎秒。
航空機１の水平飛行時連続巡航可能時間は１時間。
航空機１の重心位置は主翼取り付け角変更装置の回転軸より後方。
主翼２の翼断面形状は、一般的な航空機用主翼翼断面。
主翼２のスパンは１．８ｍであり、翼面積は０．２平方メートル。
主翼推進器３はプロペラと電動器とからなる主翼２に固定された推進器。
主翼推進器３のホバリング時発生推力を各５０ニュートン。
胴体推進器４はプロペラと電動器とからなる推進器。
胴体推進器４は航空機１の中心軸上の全機重心から距離を確保し胴体へ固定される。
胴体推進器４のホバリング時発生推力を２０ニュートン。
主翼取り付け角変更装置５は主翼２の取り付け角を左右独立して変更する。
主翼取り付け角変更装置５の取り付け角変更範囲は、０度から１００度まで。
飛行制御装置６は機体中央に設置され航空機１を任意の目標地点へ誘導制御する。
電池７は主翼推進器３と胴体推進器４と主翼取り付け角変更装置５と飛行制御装置６へ電力を供給する。【００１６】図２は、主翼取り付け角変更装置５の構成を説明するための概要図である。
回転軸８は航空機１の全機重心より前方を貫通する。
ベアリング９は主翼２を回転軸８を中心として回転自由に保持する。
ベアリングホルダー１０はベアリング９を保持し主翼からの力を航空機１に伝える。
サーボモーター１１は主翼取り付け角を変更するための操作力を生みだす。
歯付きベルト１２はサーボモーター１１による操作力を主翼に伝える。
なお必要な強度を有すれば、リンクロッド方式、歯車方式による伝達機構でも良い。
左右の主翼取り付け角度を独立して変更するため、サーボモーター１１と、歯付きベルト１２と、を各２個装備する。【００１７】図３は、飛行制御装置６の内部構成を説明するためのブロック図である。【００１８】機速センサ１３は、ピトー管により、航空機１の機速を感知する計測器。
姿勢センサ１４は、航空機１の３軸姿勢角度を感知する計測器。
位置センサ１５は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  ＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）などにより、航空機１の３次元位置を感知する計測器。【００１９】飛行演算装置１６は、符号１３から１５の各センサからの情報と、
内蔵する飛行制御プログラムとにより、
主翼推進器３と、胴体推進器４と、主翼取り付け角変更装置５と、
を制御し自律的飛行を可能とする。【００２０】飛行演算装置１６は、遠隔操縦者の操縦指令１７を受け入れ、その指令により、
主翼推進器３と、胴体推進器４と、主翼取り付け角変更装置５と、
を制御し飛行することを可能とする。【００２１】図４は、航空機１の垂直離陸時における飛行方法を説明する図である。【００２２】航空機１の垂直離発着時における揚力については、
主翼取り付け角変更装置５により、左右の主翼取り付け角の中立位置を９０度とし、
主翼推進器３と胴体推進器４による推力により航空機１を空中に浮遊させる。【００２３】航空機１の垂直離発着時におけるピッチ姿勢角制御については、
胴体推進器４の推力を増減させることにより行う。【００２４】航空機１の垂直離発着時におけるヨー姿勢角制御については、
主翼取り付け角変更装置５により、左側主翼と右側主翼の主翼取り付け角を、逆方向に変更し、主翼推進器３の推力方向を変更することにより行う。【００２５】航空機１の垂直離発着時における前後方向への移動については、
主翼取り付け角変更装置５により、左側主翼と右側主翼の主翼取り付け角を同方向に変更し、主翼推進器３の推力方向を変更することにより行う。【００２６】図５は、航空機１の垂直離陸時におけるロール姿勢角制御方法を説明する図である。【００２７】航空機１の垂直離発着時におけるロール姿勢角制御については、
左側の主翼推進器と右側の主翼推進器との推力の差により行う。
一定のロール姿勢角を維持することで、左右方向への移動を可能とする。【００２８】図６は、航空機１の水平飛行時における飛行方法を説明する図である。【００２９】航空機１の水平飛行時における揚力については、
主翼取り付け角変更装置５により、左右の主翼取り付け角の中立位置を、一般的な固定翼航空機と同様に主翼の揚抗比を最大とする６度程度とし、主翼２による揚力と胴体推進器４による推力により航空機１を空中に浮遊させる。
また、主翼推進器３により航空機１の前進速度を維持する。【００３０】航空機１の水平飛行時におけるピッチ姿勢角制御については、
胴体推進器４の推力を増減させることにより行う。【００３１】航空機１の水平飛行時におけるヨー姿勢角制御については、
左側の主翼推進器と右側の主翼推進器との推力の差により行う。【００３２】航空機１の水平飛行時におけるロール姿勢角制御については、
主翼取り付け角変更装置５により、左側主翼と右側主翼の主翼取り付け角を逆方向に変更し、一方の揚力を増し、反対側の揚力を減少させることにより行う。【００３３】航空機１の水平飛行状態における上昇率、下降率については、
主翼推進器３の推力を増大、減少させることで行う。【００３４】航空機１の主翼取り付け角の中立位置が、垂直離発着時と水平飛行状態の間にある状態を遷移飛行状態とする。遷移飛行状態では主翼取り付け角の中立位置に応じた前進速度で飛行することが可能である。【００３５】航空機１の遷移飛行状態におけるピッチ姿勢角制御については、
胴体推進器４の推力を増減させることにより行う。【００３６】航空機１の遷移飛行状態におけるヨー姿勢角制御については、
左右の主翼推進器の推力差動操作と左右の主翼取り付け角の差動操作の割合を、それぞれの操作により発生するロール姿勢角操縦力打ち消すように組み合わせ、独立したヨー姿勢角操縦力を得ることにより行う。【００３７】航空機１の遷移飛行状態におけるロール姿勢角制御については、
左右の主翼推進器の推力差動操作と左右の主翼取り付け角の差動操作の割合を、それぞれの操作により発生するヨー姿勢角操縦力打ち消すように組み合わせ、独立したロール姿勢角操縦力を得ることにより行う。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、小型無人機として設計された該航空機の構成を説明するための概要図である。
【図２】図２は、主翼取り付け角変更装置５の構成を説明するための概要図である。
【図３】図３は、飛行制御装置６の内部構成を説明するためのブロック図である。
【図４】図４は、航空機１の垂直離陸時における飛行方法を説明する図である。
【図５】図５は、航空機１の垂直離陸時におけるロール姿勢角制御方法を説明する図である。
【図６】図６は、航空機１の水平飛行時における飛行方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】１    航空機
２    主翼
３    主翼推進器
４    胴体推進器
５    主翼取り付け角変更装置
６    飛行制御装置
７    電池
８    回転軸
９    ベアリング
１０  ベアリングホルダー
１１  サーボモーター
１２  歯付きベルト
１３  機速センサ
１４  姿勢センサ
１５  位置センサ
１６  飛行演算装置
１７  操縦指令
【図１】
2010254264.tif 000003
【図２】
2010254264.tif 000004
【図３】
2010254264.tif 000005
【図４】
2010254264.tif 000006
【図５】
2010254264.tif 000007
【図６】
2010254264.tif 000008